电工电子技术-项目十 组合逻辑电路

PAGE8PAGE8PAGE7PAGE7《电工电子技术》

教案课时分配表章序课程内容课时备注1直流电路42正弦交流电路43磁路与变压器44异步电动机65继电接触器控制系统46二极管的认知与应用67三极管的认知与应用68集成运算放大电路49逻辑门电路410组合逻辑电路411触发器与时序逻辑电路6合计52文旌课堂APP

课题组合逻辑电路的分析与设计课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握组合逻辑电路的特点（2）掌握组合逻辑电路的分析方法（3）掌握组合逻辑电路的设计方法（4）能够分析和设计简单的组合逻辑电路思政育人目标：（1）发挥个人在团队中的作用，在提高团队凝聚力和综合性创新能力的同时实现个人创造力和核心力（2）培养学生用辩证法的思维去看待实物的多样性（3）锻炼学生勤于动手、勤于思考的能力教学重难点教学重点：组合逻辑电路的特点；组合逻辑电路的分析方法；组合逻辑电路的设计方法教学难点：组合逻辑电路的设计方法教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、万用表教学设计→→→→传授新知（40min）实操练习（30min）→课堂小结（5min）→作业布置（3min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务结合基本逻辑门电路，请大家认真预习组合逻辑电路的分析与设计的相关内容，通过微课学习。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解组合逻辑电路的分析与设计，对疑难问题着重记录考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习

（5min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，检验学生掌握情况。回顾常用的基本逻辑门电路的相关知识，引领学生回顾二极管和三极管搭建逻辑门电路的方法，提问学生逻辑门电路的图标画法。【学生】聆听、互动、积极回答通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过实物或PPT图片讲解表决器是一种常见的电子投票、表决设备，它可以将每个人的选择作为输入信号，按照一定的规则来判定最终的表决结果后输出。如果要设计一个简单的三人表决器，要求每个人有“赞成”“反对”两种选择，分别对应“1”“0”两个输入信号，最终的表决结果以“少数服从多数”为原则来判定，此时单独使用某个逻辑门电路已无法实现，这便需要将多个逻辑门电路组合起来，构成组合逻辑电路。【教师】提出以下问题：组合逻辑电路有什么特点？根据上述要求，应如何设计组合逻辑电路呢？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过常见的表决器来引入组合逻辑电路的相关知识，学生带着实际应用中的问题开始今天的课程，激发学生的好奇心传授新知

（40min）组合逻辑电路的分析方法【教师】通过ppt讲解组合逻辑电路的分析方法1．组合逻辑电路的特点组合逻辑电路是由各种门电路组合而成的，电路中不包含记忆元件；其信号的传输是单向的，电路中不存在反馈通道。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是：任意时刻的输出仅取决于该时刻各输入状态的组合，与电路原来的输入状态无关。2．组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析是指对给定的组合逻辑电路进行分析，根据电路的输入、输出逻辑关系，求出逻辑表达式，以确定电路的逻辑功能或判断电路的设计是否合理。【教师】结合具体逻辑电路图，讲解电路分析方法（1）写逻辑表达式设P为中间变量，从电路的级级表达（2）化简与变换逻辑表达式化简与变换逻辑表达式，得到最简与或表达式，即（3）列真值表经过化简与变换的逻辑表达式为两个最小项之和的非运算，由此可列出该组合逻辑电路的真值表详见教材表10-1。（4）分析逻辑功能当A，B，C三个变量一致时，输出为0；当A，B，C三个变量不一致时，输出为1。因此可将该组合逻辑电路称为“不一致电路”。【教师】重点讲解【例10-1】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解组合逻辑电路的设计方法【教师】通过ppt讲解集成运放的主要性能指标组合逻辑电路的设计：是组合逻辑电路分析的逆过程，即根据已知的逻辑功能要求，设计出可实现该功能的组合逻辑电路。组合逻辑电路的设计方法步骤：（1）分析逻辑功能要求，明确输入量与输出量。（2）根据逻辑功能要求列出相应的真值表。（3）根据真值表写出逻辑函数的最小项表达式。（4）化简逻辑表达式，并根据逻辑电路的类型将其转换为所需的逻辑表达式形式。（5）画出与逻辑表达式对应的逻辑图。组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少为目标，并尽量减少所用集成器件的种类。【教师】重点讲解【例10-2】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解结合PPT，讲解组合逻辑电路的特点，学生着重记录及理解结合具体逻辑电路图，详细讲解组合逻辑电路的分析电路的步骤详细分析电路的分析方法结合例题，具体讲解组合逻辑电路的分析方法，学生重点理解，跟进教师思路结合电路图，分析组合逻辑电路的设计方法实施步骤结合例题，具体讲解组合逻辑电路的设计方法，学生重点理解，跟进教师思路实操练习（30min）【教师】讲解和演示基本操作步骤说明数字电路实施系统的性能，重点讲解其操作步骤。认识实验器材中的集成逻辑运算芯片、逻辑电平开关、电阻器、二极管和三极管。说明实验器材中器件的搭建，演示电路图的连接关系。【教师】重点强调以下问题1.注意实验器件的认知和使用方法，避免损坏器件2.实施中要注意万用表量程的选择，表笔正负极要识清，观测要细心。【学生】聆听、理解、模仿操作操作步骤1.分析组合逻辑电路第一步：检查实验器材的完整性。第二步：按照图10-6搭建组合逻辑电路。第三步：分析并验证该电路的逻辑功能。【学生】细致连接、理解电路、检验连接是否完整2.设计组合逻辑电路第一步：试根据实施器材，设计一个四人表决器，表决时设4名裁判，其中1名主裁判，3名裁判员。第二步：要求当3名及以上裁判判定合格即表示通过，亮绿灯。第三步：主裁判和1名裁判员判定合格也表示通过，亮绿灯。第四步：其他情况均表示未通过，亮红灯。【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题教师演示器件的使用步骤重点强调实操练习过程中存在的注意问题，学生认真聆听学生严格按照操作步骤完成电路的连接学生严格按照操作步骤完成组合逻辑电路的分析和设计课堂小结

（5min）【教师】简要总结本节课的要点本节课认识了组合逻辑电路的特点，重点需要掌握组合逻辑电路的分析和设计，结合例题，大家重点理解分析电路的思维方式。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对组合逻辑电路相关知识的学习作业布置

（3min）【教师】布置课后作业请根据课堂知识，完成项目测评中的填空题1和解答题1，并撰写实验报告。预习任务二，观看任务二的微课并记录问题。【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思本次课重点结合例题，重点分析组合逻辑电路的设计方法，步骤明确，设计合理的逻辑电路，有效提高了教学效果。但是设计组合逻辑电路的时候需要学生遵循尽量减少基本逻辑门的应用为原则。

课题认识常用组合逻辑器件课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握常用组合逻辑器件的逻辑功能（2）掌握常用组合逻辑器件的工作原理（3）能够对常用组合逻辑器件的功能进行测试（4）能够使用组合逻辑器件实现逻辑函数的逻辑功能思政育人目标：（1）培养学生科学的思维方法、严谨的工作态度（2）带领学生进行实验，激发他们的探索精神和爱国情怀（3）一个门电路只能实现一个基本功能，只有所有功能加在一起，才能构成一套完整的逻辑，引导学生正确看待个体与整体的辩证关系教学重难点教学重点：编码器；译码器；加法器；数据选择器；数值比较器教学难点：译码器；加法器；数据选择器教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、万用表、电流表、电压表教学设计→→→→传授新知（50min）实操练习（25min）→疑难解答（10min）→课堂小结（5min）→作业布置（3min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家结合组合逻辑电路的分析和设计，预习常用的组合逻辑器件，记录预习中存在的疑难问题，学生负责人汇总后反馈教师。【学生】完成课前任务通过课前任务，学生记录疑难点内容，增加学生对疑难问题的好奇心，带着问题上课考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习（5min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，检验学生掌握情况。提问逻辑电路的分析步骤？带领学生一起回顾组合逻辑电路的设计步骤。【学生】积极互动，给随教师一起回顾内容通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过计算器讲解常用组合逻辑器件计算器是我们学习和工作中常用的计算工具，它一般有0～9十个数字键以及其他功能键。每个按键都有自己唯一的二进制代码，当你按下按键时，计算器将收到与之对应的一串二进制代码，这项工作是由编码器来完成的。当计算器计算完成后，需要将计算结果通过图像和声音显示出来，这项工作则是由译码器来完成的。计算器在进行运算时，四则运算——加、减、乘、除都是分解成加法运算来实现的，因此加法器便成了计算器中最基本的运算单元。【教师】提出以下问题：编码器、译码器、加法器都是常用的组合逻辑器件，它们的工作原理是什么？具体可以实现哪些功能呢？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的积极性，主动讨论传授新知

（50min）编码器【教师】通过ppt讲解编码器编码：将具有特定含义的信息（如数字、文字、符号等）用二进制代码来表示的过程。编码器：能实现编码功能的电路。编码器的输入为被编信号，输出为二进制代码。编码器的分类：按编码规则的不同，可分为普通编码器和优先编码器；按编码形式的不同，可分为二进制编码器与BCD编码器；按输出位数的不同，可分为4线-2线编码器、8线-3线编码器、16线-4线编码器等。1．普通编码器普通编码器在任何时刻都只允许输入一个有效编码的请求信号，否则编码器的输出将发生混乱。常用的普通编码器有二进制编码器、二-十进制编码器。（1）二进制编码器某3位二进制编码器的逻辑图8线-3线编码器：编码器有8个输入端，，，，，，，；3个输出端，，。其真值表如教材表10-4所示，其中输入为高电平有效。根据真值表写出该编码器各输出端的逻辑表达式为【教师】强调以下问题编码器用n位二进制代码可对2n个信号进行编码。【学生】聆听、记录（2）二-十进制编码器二-十进制编码器是将十进制数0～9这10个数码编成二进制代码的电路。它用于将10个输入信号（代表十进制的10个数码0～9）编成对应的4位二进制代码。10线-4线编码器结构：其逻辑表达式为2．优先编码器普通编码器要正确实现编码需要条件，即所有输入信号中每次只允许一个为逻辑1，其余均为逻辑0。若某次有两个以上的输入信号为逻辑1，输出将出现混乱。优先编码器：对所有的输入信号规定了优先顺序，当多个输入信号同时出现时，只对其中优先级最高的一个输入信号进行编码，从而有效避免了普通编码器因多个输入信号为逻辑1而导致输出混乱的问题。【教师】强调以下问题优先编码器中，各输入信号优先级别的高低可由设计者根据输入信号的轻重缓急情况来设定。【学生】聆听、记录常用的优先编码器有74LS148，74LS147等。以74LS148为例，它是一种常用的8线-3线优先编码器，可将8个输入信号进行3线（4-2-1）二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行编码。其中，～为编码输入端，低电平有效；～为编码输出端，也为低电平有效；EI为使能输入端，低电平有效；EO为使能输出端，高电平有效；GS为扩展端，低电平有效。74LS148的真值表详见教材表10-5所示。74LS148的逻辑图的结构74LS148主要具有以下特点。（1）各输入信号的优先顺序为→，即的优先级最高。（2）编码输入低电平有效，当输入信号全为1时，编码器允许编码，但无有效的编码请求。（3）编码输出端～为低电平有效，表示编码器输出的是反码。（4）使能输入端EI为低电平有效，表示只有在时，编码器才处于工作状态；当时，编码器处于禁止状态，各输入端均被锁定在高电平状态。（5）EO，GS用于将编码器扩展为八进制优先编码器。译码器【教师】通过PPT讲解译码器译码：在编码时，每种使用了的二进制代码都被赋予了特定的含意，即表示一个确定的信号或者对象。把二进制代码的特定含意“翻译”出来的过程。译码器：实现译码操作的电路。译码器的分类：按其功能不同可分为通用译码器和显示译码器。通用译码器通常只有一个输出有效，而显示译码器根据译码需要可以有多个输出有效。【教师】强调以下问题译码器的输出信号可以是脉冲信号，也可以是高、低电平信号。【学生】聆听、讨论、理解1．通用译码器常用的通用译码器有二进制译码器、二-十进制译码器等。二进制译码器：把二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应输出信号的电路。二进制译码器的逻辑特点是：若输入为n个，则输出信号为个，对应每个输入组合，只有1个输出为1，其余全为0。常用的二进制译码器有2线-4线译码器和3线-8线译码器等。二-十进制译码器：又称BCD译码器，其功能是将输入的BCD码（4位二进制码）译成对应的10个十进制输出信号，因此也称4线-10线译码器。（1）2线-4线译码器2线-4线译码器的逻辑图的结构：其中A，B为地址输入端；EL为使能输入端，～为输出端，为低电平有效。2线-4线译码器的真值表详见教材表10-6。各输出信号的逻辑表达式分别为（2）3线-8线译码器74LS138是一种典型的3线-8线译码器，其逻辑图和引脚图如图10-11所示。（详见教材）它有3个输入端，，，8个输出端～。74LS138的输出端为低电平有效，，和为使能输入端。由74LS138的逻辑图写出各输入端的逻辑表达式为74LS138的真值表如表10-7所示。（详见教材）由真值表可以看出，当且时，74LS138才会译码。相应的输出为低电平有效，说明该译码器输出反码。这三个控制端只要有一个无效，译码器就禁止译码，输出全为1。（3）二-十进制译码器74LS42是一种常用的二-十进制集成译码器，，为BCD码的4个输入端，为10条输出线，分别对应十进制数0～9的10个数码，输出为低电平有效。需要注意，当输入为1010～1111时，输出均为1，译码器拒绝译出。【教师】重点讲解【例10-3】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解【教师】强调以下问题由于译码器的每个输出端分别与一个最小项相对应，因此辅以适当的门电路，便可实现任意的组合逻辑函数。【学生】聆听、讨论、理解2．显示译码器数字显示器：在数字系统中，常常需要将数字、字母、符号等直观地显示出来，以供人们读取或监视系统的工作情况，能够显示数字、字母或符号的器件。显示译码器：在数字电路中，数字量都是以一定的代码形式出现的，所以这些数字量要先经过译码，才能送到数字显示器去显示。这种能把数字量“翻译”成数字显示器所能识别信号的译码器。常用的数字显示器有多种类型，目前应用较为广泛的是由发光二极管构成的七段数字显示器，与之对应的译码器为七段显示译码器。（1）七段数字显示器七段数字显示器就是将七个发光二极管（若含小数点则为八个）按一定的方式排列起来，七个发光段a，b，c，d，e，f，g（以及小数点DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组合，可显示不同的阿拉伯数字。七段数字显示器中，发光二极管的内部连接方式分为共阴极和共阳极两种，其结构详见教材图10-14。（2）七段显示译码器七段显示译码器的种类很多，功能各有差异，现以74LS47为例说明该类显示译码器的功能。74LS47是一种与共阳极七段数字显示器配合使用的集成译码器，它的功能是将输入的4位二进制代码转换成七段数字显示器的段码。其引脚图、驱动电路和真值表详见教材图10-15、10-16、10-9所示。二进制代码从输入端，，，输入，经74LS47译码后产生7个输出，然后通过限流电阻分别接至显示器对应的a～g发光段。当某个输出为低电平时，该输出对应的发光段亮。DP为小数点控制端，低电平时亮。LT为试灯输入端，可以检测显示器七个发光段的好坏。RBI为消隐输入端，用来控制发光显示器的亮度或禁止译码器输出。BI/RBO为消隐输入/消隐输出端，可以实现多位数显示时的无效0消隐功能，在试灯时BI/RBO应为高电平。【教师】强调以下问题在显示多位十进制数码时，整数前和小数后的0是无意义的，称为无效0。此时应消隐无效0，即灭0。【学生】聆听、讨论、理解加法器【教师】通过PPT讲解加法器加法器可分为半加器和全加器两种类型。1．半加器如果不考虑来自低位的进位，将两个1位二进制数相加，称为半加。能实现半加功能的电路称为半加器。半加器的真值表详见教材表10-10所示。表中的A和B分别表示被加数和加数输入，S为和输出，C为向相邻高位的进位输出。由真值表写出输出逻辑表达式为可用一个异或门和一个与门组成半加器，其逻辑图为：若要用与非门组成半加器，则将上述逻辑表达式用代数法变换成与非形式为用与非门组成半加器的逻辑图为半加器的图形符号为2．全加器全加器的功能：在进行多位数加法运算时，除最低位外，其他各位都需要考虑低位送来的进位，即将两个对应位的加数和来自低位的进位三个数相加全加器的真值表详见教材表10-11所示。表中的和分别表示被加数和加数输入，表示来自相邻低位的进位输入，为和输出，为向相邻高位的进位输出。由真值表可写出和的逻辑表达式为：全加器的逻辑图为：全加器的图形符号为：要进行多位数相加，最简单的方法是将多个全加器进行级联，构成串行进位加法器。两个4位相加数和的各位同时送到相应全加器的输入端，进位数串行传送。全加器的个数等于相加数的位数。最低位全加器的端应接0。串行进位加法器的电路比较简单，但是其速度较慢。为了提高速度，设计了一种多位数快速进位（又称超前进位）的加法器。74LS283就是一种典型的快速进位集成加法器，其逻辑图详见教材图10-23所示，引脚图详见教材图10-24所示【教师】强调如下问题所谓快速进位，是指加法运算过程中，各级进位信号同时送到各位全加器的进位输入端，现在的集成加法器大多采用这种方法。【学生】聆听、讨论、理解数据选择器【教师】通过PPT讲解数据选择器数据选择器就是从多路输入数字信号中选出一个，将其送到输出端。具有个数据输入端和1个数据输出端的多路选择器，通常有n个地址输入端（也称选择控制端）用来选择输入信号，并将选择的信号送到输出端。常用的数据选择器有4选1、8选1、16选1等类型。1．4选1数据选择器4选1数据选择器的逻辑图详见教材图10-26所示，其中～为数据输入端；，为地址输入端；G为选通输入端，低电平有效；Y为输出端。其真值表详见教材表10-12所示。4选1数据选择器的输出逻辑表达式为2．8选1数据选择器74LS151是一种典型的8选1数据选择器，它有8个数据输入端～；3个地址输入端，，；2个互补的输出端Y和分别以原码和反码的形式输出；1个选通输入端G，低电平有效。74LS151的引脚图详见教材图10-27所示，其真值表详见教材表10-13所示。8选1数据选择器的输出逻辑表达式为【教师】强调如下问题当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接用数据选择器来实现逻辑函数。【学生】聆听、讨论、理解【教师】重点讲解【例10-4】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解数值比较器【教师】通过PPT讲解数值比较器数值比较器：能够比较两组二进制数值大小的数字电路。1．1位数值比较器1位数值比较器中，A，B为输入变量，输出变量，，分别表示，和三种比较结果。其真值表详见教材表10-15所示。其逻辑图如教材图10-29所示。由真值表可得出三个输出信号的逻辑表达式为2．多位数值比较器多位二进制数值进行比较时，应先比较高位，高位大即大，高位小即小；若高位相等，再比较低位，以此类推。74LS85为4位数值比较器，其引脚图图10-30所示，其真值表如表10-16所示。（详见教材）A，B为数据输入端；为三个级联输入端，表示更低位比较的结果输入端；，，为三个级联输出端。4位二进制数A（）和B（）的比较过程为：从最高位开始进行比较，如果，则A一定大于B；反之，若，则A一定小于B；若，则比较次高位和。以此类推，直至比较到最低位。若各位均相等，则。级联，，。结合所学，讲解编码器的含义、分类、逻辑图、真值表和表达式强调n位二进制的编码规则结合图片，具体分析二-十进制编码器的结构和表达式讲解优先编码器的含义，分析常用的几种优先编码器强调优先编码器中规则以74LS148为例分析优先编码器的结构、编码规则和特点结合图片，讲解译码器的含义、分类、逻辑图、表达式和真值表强调,译码器输出信号的表示方法教师讲解通用译码器的逻辑结构、真值表和逻辑表达式，学生能够结合所学，主动分析分析2线-4线译码器的结构、真值表和表达式分析3线-8线译码器的结构、真值表和表达式，学生理解结合所学，学生自主分析二-十进制译码器的原理结合例题，具体分析译码器的相关计算强调译码器的实现方式多样化分析数字显示器和显示译码器的相关知识结合PPT，讲解加法器的分类、逻辑图、逻辑表达式和真值表具体分析半加器结合逻辑门电路，分析全加器强调快速进位的含义通过对比和类比的学习方式，分析数据选择器，学生主动思考强调数据选择器和逻辑函数的关系结合例题，具体分析数据选择器的计算结合PPT，详细分析数值比较器的逻辑图、逻辑表达式和真值表分析多位数值比较器，学生主动思考实操练习（25min）【教师】